新一代多功能高質感可控微孔聚酯的研究

肖頂 王建明 徐憬

1 晉江中紡標檢測有限公司 福建 362200

2 北京服裝學院 北京 100029

3 海西紡織新材料工業技術晉江研究院 福建 362200

1 前言

聚酯纖維是由二元醇與二元酸或ω-羥基酸等縮聚而成的聚酯線型大分子所構成的合成纖維。作為三大合成纖維之一，聚酯纖維實現工業化最晚，但發展速度最快，自問世以來，由于優良的成纖性能和機械性能以及易洗、快干、挺括的服用性能，而成為化纖產品中產量增長最快的品種。但是聚酯分子鏈結構緊密牢固，結晶度和取向度高，纖維剛性大，極性較小，缺乏親水性，故聚酯纖維是一種典型的疏水性纖維，回潮率只有0.4%。作為日常服用材料，其手感硬，舒適性很差，排汗困難，給人悶熱不適的感覺。同時，吸濕性很差也給織造帶來一系列問題，如易積聚靜電、易吸灰塵、難去除油污漬等。

針對聚酯纖維的弱點，對其進行舒適性改進工作一直是紡織科技界的重要課題。通過化學改性和物理改性使聚酯纖維微孔化、截面異形化以及導入吸濕性或活性官能團以改善纖維的服用特性，是聚酯改性的主要手段。其中，通過物理和化學改性相結合的方法使聚酯纖維產生由表及里的微孔結構，是重大創新思路。該方法使滌綸的剛性降低，柔性增加，極光消失，觸感更接近天然纖維。在保持滌綸的快干和挺括性的同時，其微孔效果使纖維的吸濕性得到極大提高，并保持永久長效。

本課題研發的可控微孔聚酯產品，通過加入特殊成孔材料，采用對聚合物合成體系進行化學改性和物理改性相結合的創新技術，制成改性聚酯。

2 實驗部分

2.1 微孔聚酯切片的合成工藝

BHET工藝：將BHET熔融后加入二元酸、二元醇、成孔材料進行縮聚，當攪拌功率達到預定值時，出料、切粒。

PTA工藝：按照一定配比將EG加入打漿釜，在攪拌下緩慢加入PTA、催化劑，控制打漿時間在40～50min。

將配置好的漿液定量加入已有母液的酯化釜，控制酯化反應溫度為255±5℃，調節好柱溫在105±5℃，控制進料時間3h左右，當進料結束后，常壓反應，以備導入縮聚釜。

用氮氣將BHET導入縮聚釜，啟動攪拌，加入第三單體、成孔材料及相關助劑，升溫反應，當內溫達260℃時，抽低真空，控制降溫點278℃，當攪拌功率達預定值時，聚合反應結束，停止攪拌，停真空，壓氮氣出料、切粒。

2.2 可控微孔聚酯短纖紡絲工藝和生產流程

工藝流程：主要工序為干燥、紡絲、卷繞、盛絲桶輥道輸送、集束、水浴牽伸、蒸汽牽伸、張力定型、卷曲、松馳熱定型、切斷、打包等；輔助工序有紡絲冷卻空調、熱媒循環和貯存、組件準備(含過濾器清洗)、油劑調配及輸送等。

生產流程：切片脈沖輸送→干燥→紡絲→卷繞→落筒→集束→導絲→預拉伸→上油→一道拉伸→二道拉伸→緊張熱定型→卷曲→松弛熱定型→切斷→打包。

本流程建立了適合紡微孔聚酯纖維的前后紡紡絲工藝參數，紡制出的微孔聚酯短纖維的物性指標均達到了設計要求。

2.3 微孔聚酯短纖維紡紗工藝流程

根據微孔纖維與棉纖維的性能特點，紡紗工藝中采取兩種纖維在清花、梳棉工序分別制卷成條，并在并條工序經過3道并條充分混合。

混紡紗的規格設計包含了混紡纖維混紡比確定、成品紗線號數設計和紡紗難易程度。

本項目以開發中高檔休閑面料為主，為充分發揮微孔纖維優異的吸濕透氣性和服用舒適性，確定了65/35（微孔纖維/棉纖維）的混紡比，紡制出的紗線各項品質指標均達到了較高的質量水平。

2.4 微孔纖維針織面料的織造及染整流程

織造流程：原料檢驗→倒筒→織造→坯布檢驗→預定型→開孔處理→染色→后整理→成品布檢驗。

染整流程：微孔纖維織物染整工藝研究主要圍繞纖維成孔、得色均勻、功能突出、風格高雅等關鍵技術展開。為確保微孔聚酯/棉混紡面料的吸濕排汗和抗起球性能以及穿著服用要求，對染整工藝技術進行了系統研究。最終確定的染整工藝路線：坯布檢驗→預定型→前處理（開孔）→染色→后整理；開孔工藝：NaOH為10g/L、浴比1：10、溫度120℃、保溫時間30min。

3 實驗結果與討論

3.1 具有可紡性和成孔性的微孔聚酯的研究

（1）成孔材料對結晶性的影響

成孔材料的粒徑不同：成孔材料使聚酯體系的熔點較常規升高，冷結晶溫度降低，結晶溫度大大提高，放熱峰面積較常規聚酯大，表明成孔材料對聚酯的結晶有促進作用，但粒徑對體系結晶性的影響不大。

表1 氫氧化鈉濃度與減量率、抗起球性之間的關系

成孔材料的含量不同：隨著成孔材料含量的增加，聚酯體系的熔點略有升高，冷結晶溫度降低，結晶溫度升高，表明隨著成孔材料含量的增加，聚酯體系的結晶性能提高。

（2）成孔材料含量對成孔性的影響

成孔工藝是對纖維或制品在染整加工中進行成孔處理，使纖維產生由表及里的微孔。在相同處理工藝下，隨著成孔材料含量的增加，纖維表面孔的數量提高，孔的深度加深，說明在保證可紡性的前提下，成孔材料的含量越高越好。

（3）聚酯切片的試制及指標

通過逐級放大，經過了在年產500L的半連續聚合裝置、單釜產量200kg的工業化生產半連續聚合裝置、單釜產量2000～3000kg的工業化聚酯切片生產線上，多次試驗，確立了工業化聚合生產裝置上微孔聚酯切片的生產工藝，包括微孔材料分散處理工藝、打漿工藝、酯交換工藝、縮聚工藝、酯交換后進入縮聚釜前的過濾器選用60μ等，從而使可紡性進一步改善。

3.2 堿劑濃度對微孔聚酯/棉混紡面料開孔的影響

根據2.1節、2.2節、2.3節和2.4節的工藝及流程，按照2.4節的開孔工藝，研究不同氫氧化鈉濃度下，微孔聚酯/棉混紡面料的開孔效果與減量率、抗起毛起球性能的關系，見表1。

微孔聚酯切片的生產過程中加入了特殊的開孔材料，該物質在強堿性條件下會自動溶解，在纖維表面形成大量微孔，微孔結構使得纖維比表面積成倍增加，表面摩擦系數提高，從而使得微孔面料具有卓越的吸濕排汗功能和優良的抗起球性能，并且產生類似天然纖維織物柔和的光澤和自然的觸感，還具有濃染增深效果。

由表1可知，隨著氫氧化鈉濃度的增加，減量率也不斷增大，同時面料的微孔數量以及孔的深度都逐漸變多變深，提高了表面摩擦系數，增加了紗線中纖維的抱合力，減少了纖維末端滑脫，面料抗起球性能也由最初的2.5級提高到4級。因此，開孔處理工藝中的堿用量定為10 g/L左右為宜。

4 結論

（1）確立了工業化聚合生產裝置上微孔聚酯切片的生產工藝，獲得了滿足相關指標的聚酯切片。

（2）研究了微孔短纖維紡紗織造過程中的一系列工藝，確定了65/35微孔聚酯/棉混紡面料的開孔工藝。

（3）經晉江中紡標檢測有限公司實驗室檢測，本項目研發成功的微孔聚酯短纖維及微孔聚酯針織面料的各項技術指標均達到項目預定要求。